【沪科版】2013年高考物理二轮复习课件：15-2原子结构 氢原子光谱

第2单元原子结构氢原子光谱一、原子的核式结构1．电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子．2．原子的核式结构(1)α粒子散射实验的结果绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来，如图所示．(2)卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．(3)原子核的尺度：原子核直径的数量级为10－15m，原子直径的数量级约为10－10m.(4)原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数．【特别提醒】认识原子结构的线索：气体放电的研究―→阴极射线→发现电子→汤姆孙的“枣糕”模型――――――→α粒子散射实验卢瑟福核式结构模型――――――――→氢原子光谱的研究玻尔模型．二、氢原子光谱与玻尔理论1．光谱的分类2．光谱分析利用元素的特征谱线分析和确定物质的组成成分的方法．3．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．4．氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化(1)原子能量：En＝Ekn＋Epn＝E1n2，随n增大而增大，其中E1＝－13.6eV.(2)电子动能；电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即ke2r2＝mv2r，所以Ekn＝12ke2rn，随r增大而减小．(3)电势能通过库仑力做功判断电势能的增减．当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加．【特别提醒】(1)巴耳末系是氢原子在可见光区的一组谱线，在红外光区和紫外光区也有类似的谱线系．(2)原子跃迁条件hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．对于光子和原子作用而使原子电离时，只要入射光的能量E≥13.6eV，原子就能吸收光子的能量，对于实物粒子与原子作用使原子激发时，实物粒子的能量大于或等于能级差即可．三、氢原子的能级、能级公式1．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：En＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV.(2)氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m.2．氢原子的能级图(1)能级图如图所示．(2)能级图中相关量意义的说明相关量表示意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数横线右端的数字“－13.6，－3.40…”表示氢原子的能级相邻横线间的距离表示相邻的能级差，量子数越大相邻的能级差越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En【特别提醒】(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为N＝C2n＝nn－12，一个氢原子跃迁发出可能的光谱线数最多为(n－1)．(2)由能级图可知，由于电子的轨道半径不同，氢原子的能级不连续，这种现象叫能量量子化．(3)n＝1对应于基态，n→∞对应于原子的电离．卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现：(1)关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是()A．证明了质子的存在B．证明了原子核是由质子和中子组成的C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动类型一对原子核式结构的理解(2)在α粒子散射实验中，现有一个α粒子以2.0×107m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求该α粒子与金原子核间的最近距离．(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep＝kq1q2r，α粒子质量为6.64×10－27kg)【思路点拨】解答本题应注意以下两点：(1)根据α粒子散射实验结果和玻尔理论综合分析．(2)α粒子接近原子核的过程中，动能与电势能相互转化．【解析】(1)α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以C对，A、B错．玻尔发现了电子轨道量子化，D错．(2)从能量转化角度看，当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，12mv2＝kq1q2d.d＝2kq1q2mv2＝2×9.0×109×2×79×1.6×10－1926.64×10－27×2.0×1072m＝2.7×10－14m.【答案】(1)C(2)2.7×10－14m如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：(1)有可能放出________种能量的光子．(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？类型二氢原子能级跃迁【思路点拨】求解此题应关注以下三点：(1)根据辐射出的光谱线条数，可知能放出多少种能量的光子．(2)原子跃迁发出的光谱线条数N＝C2n.(3)用hν＝Em－En和c＝λν，求波长λ.【解析】(1)由N＝nn－12＝4×4－12＝6种．(2)氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子波长最长．由hν＝E4－E3得：hcλ＝E4－E3，所以λ＝hcE4－E3＝6.63×10－34×3×108[－0.85－－1.51]×1.6×10－19m＝1.88×10－6m.【答案】(1)6(2)四、三能级间1.88×10－6m